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PageNo.1WordsFromSlide第六章生物氧化BiologicalOxidation王晓华WordsFromNotePagePageNo.2WordsFromSlide物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H2O的过程。CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能*生物氧化的概念WordsFromNotePagePageNo.3WordsFromSlide*生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。WordsFromNotePagePageNo.4WordsFromSlide是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于有利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率。进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。*生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化体外氧化能量是突然释放的。物质中的碳和氢直接与氧结合生成CO2、H2O。WordsFromNotePagePageNo.5WordsFromSlide乙酰CoATAC2H呼吸链H2OADP+PiATPCO2生物氧化的一般过程底物水平磷酸化ADP+PiATP氧化磷酸化WordsFromNotePagePageNo.6WordsFromSlide第一节生成ATP的氧化磷酸化体系TheOxidationPhosphorylationSystemofATPProducingWordsFromNotePagePageNo.7WordsFromSlide定义代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratorychain)又称电子传递链(electrontransferchain)。组成递氢体和电子传递体（）部位：线粒体内膜一、呼吸链WordsFromNotePagePageNo.8WordsFromSlide酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成WordsFromNotePagePageNo.9WordsFromSlide呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)*泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体WordsFromNotePagePageNo.10WordsFromSlide胞液侧基质侧线粒体内膜WordsFromNotePagePageNo.11WordsFromSlide1.复合体Ⅰ:NADH-泛醌还原酶功能:将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone)复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。WordsFromNotePagePageNo.12WordsFromSlideNAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+WordsFromNotePagePageNo.13WordsFromSlideNAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。WordsFromNotePagePageNo.14WordsFromSlideFMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状态，属于单、双电子传递体。黄素蛋白的辅基WordsFromNotePagePageNo.15WordsFromSlide铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行反应传递电子。Ⓢ表示无机硫WordsFromNotePagePageNo.16WordsFromSlide铁硫蛋白WordsFromNotePagePageNo.17WordsFromSlide泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。WordsFromNotePagePageNo.18WordsFromSlide复合体Ⅰ的功能WordsFromNotePagePageNo.19WordsFromSlide2.复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌还原酶功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，又称琥珀酸-泛醌还原酶。复合体Ⅱ没有H+泵的功能。WordsFromNotePagePageNo.20WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.21WordsFromSlide3、复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c。复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562,b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieskeprotein)。泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。电子传递过程：WordsFromNotePagePageNo.22WordsFromSlide细胞色素(cytochrome,Cyt)细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。是单电子传递体。WordsFromNotePagePageNo.23WordsFromSlide复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。Cytc是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体Ⅳ。WordsFromNotePagePageNo.24WordsFromSlide4.复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶功能：将电子从细胞色素c传递给氧其中Cyta3和CuB形成的活性部位将电子交给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移。WordsFromNotePagePageNo.25WordsFromSlide复合体Ⅳ的电子传递过程WordsFromNotePagePageNo.26WordsFromSlide由以下实验确定①标准氧化还原电位(由低到高）②体外拆开和重组（鉴定组成与排列）③特异抑制剂阻断④呼吸链各组分特有的吸收光谱（二）呼吸链成分的排列顺序WordsFromNotePagePageNo.27WordsFromSlide呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位氧化还原对E0‘(V)氧化还原对E0‘(V)NAD+－0.32Cytc10.22/NADN+H+Fe3+/Fe2+FMN/FMNH2－0.219CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.219CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.816WordsFromNotePagePageNo.28WordsFromSlide1.NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2WordsFromNotePagePageNo.29WordsFromSlideNADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链WordsFromNotePagePageNo.30WordsFromSlide二、氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。ATP生成方式WordsFromNotePagePageNo.31WordsFromSlide（一）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ根据自由能变化和P/O比值WordsFromNotePagePageNo.32WordsFromSlideP/O比值指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。WordsFromNotePagePageNo.33WordsFromSlide电子传递链自由能变化WordsFromNotePagePageNo.34WordsFromSlide氧化磷酸化偶联部位WordsFromNotePagePageNo.35WordsFromSlide（二）氧化磷酸化的偶联机理1.化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。WordsFromNotePagePageNo.36WordsFromSlide化学渗透假说简单示意图WordsFromNotePagePageNo.37WordsFromSlide胞液侧基质侧电子传递过程复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能。WordsFromNotePagePageNo.38WordsFromSlideATP合酶结构模式图F1：亲水部分（动物：α3β3γδε亚基复合体，OSCP、IF1亚基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，催化ATP合成。F0：疏水部分（ab2c9~12亚基，动物还有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子通道。（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成WordsFromNotePagePageNo.39WordsFromSlide三、影响氧化磷酸化的因素1.呼吸链抑制剂阻断呼吸链中某些部位电子传递。2.解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：二硝基苯酚、解偶联蛋白3.氧化磷酸化抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制剂WordsFromNotePagePageNo.40WordsFromSlide鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥×抗霉素A二巯基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂的阻断位点WordsFromNotePagePageNo.41WordsFromSlide解偶联剂可使氧化与磷酸化的偶联相互分离如：二硝基苯酚为脂溶性物质，作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，但不影响电子传递，只抑制ADP磷酸化，故只释放热能，而不生成ATP。WordsFromNotePagePageNo.42WordsFromSlide解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢQ胞液侧基质侧解偶联蛋白WordsFromNotePagePageNo.43WordsFromSlide氧化磷酸化抑制剂如：寡霉素：可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP合酶活性,抑制ATP生成寡霉素ATP合酶结构模式图对ADP磷酸化及电子传递均有抑制作用。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。WordsFromNotePagePageNo.44WordsFromSlide（二）ADP的调节作用ADP↑→转运入线粒体↑→氧化磷酸化↑（三）甲状腺激素Na+,K+–ATP酶基因表达增加。诱导膜上Na+，K+-ATP酶的合成→ATP分解为ADP↑→氧化磷酸化↑WordsFromNotePagePageNo.45WordsFromSlide高能磷酸键与高能磷酸化合物高能磷酸键水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为。高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物四、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用Wor